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Fig. 3.13 Wavelength characteristic of ULM850 (under the temperature of 25 ℃).
センサを複数試作して検証しなければならない.
Fig. 3.13は周囲温度25℃におけるULM850 の発振波長特性である. どの駆動
電流値においても, ULM850はサイドモード(2番目に高い光出力の大きさの発振 波長スペクトル)はピーク波長の光出力に対して約 1/8 以下の大きさとなってお り, 単色性が良いことがわかる. また, ULM850の半値幅の最小値は3pm未満だ と推測できるが, 使用した光スペクトルアナライザの波長分解能が 3pm の為, 半値幅の正確な測定は光スペクトルアナライザでは求められなかった.
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(a) (b)
Fig. 3.14 MHP measurement results. (a) MHP signal of VCSEL terminal voltage. (b) FFT analysis result of VCSEL terminal voltage.
この反射シートは精密なフルキューブコーナー反射素子を使用したプリズムタ イプの反射シートで, 三面体キューブを使用した一般的なプリズムシートより も優れた視認性を得ることができる. 大きさは縦 20mm×横 17mm である. Fig.
3.14(a)の三角波はファンクションジェネレータ(FG)から出力した変調用の三角 波電圧波形であり, 黄色の電圧波形がセンサの出力電圧波形である. VCSEL の 端子電圧の変動から得られる MHP の電圧振幅は, 増幅回路を介さなければ
0.1mV程度しかない. そのため, 受信回路は非常に大きな増幅利得を持つ回路を
設計しなければならない. また, MHP 周波数が距離に比例して変化する事から, 受信回路の通過帯域幅は広くなければならない. その結果, 受信回路の通過帯 域幅にわたって生じる回路ノイズの成分は, 無視できないほど大きく増幅され てしまう. また, Fig. 3.14(a)では, 三角波電圧が極値になる時, 出力電圧に大きな ノイズ成分が発生している事が確認できる. このノイズ成分は三角波が持つ高 調波成分である. 出力信号の信号処理を行う際, 三角波の高調波成分を取り込 むと正しい信号処理が実行できない.
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Fig. 3.14(b)は出力電圧波形を高速フーリエ変換(FFT)した結果の例である. Fig.
3.14(a)と同様に, 反射シート使用して測定した. 高強度の戻り光が VCSEL に入
射すると, MHPに対する高次高調波が発生する(6). 高次高調波の信号強度は戻り
光強度に依存するが, VCSEL の端子電圧から観測される高調波信号の強度は小 さい. そのためターゲットの反射率が極端に高くない限り, 第2次より高い次数 の高調波の信号は観測できない程小さい.
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参考文献
(1) R. N. Hall, G. E. Fenner, J. D. Kingsley, T. J. Soltys, R. O. Carlson: “Coherent Light Emission From GaAs Junctions”, Phys. Rev. Lett. 9 p. 366 (1962)
(2) R. Lang, K. Kobayashi: “External optical feedback effects on semiconductor injection laser properties”, IEEEJ, Quantum Electronics 16 p. 347 (1980)
(3) J. Ohtsubo: “Synchronization of Optical Chaos and its Applications to Secure Communications”, Proc. Optics Japan 2000 p. 63 (2000)
(4) 坂本明紀, 津田紀生, 山田諄: “面発光レーザを用いた自己結合型距離計の特 性”, 電気学会論文誌C 126 p. 1454 (2006)
(5) 稲葉文男, 吉川省吾, 堀田和明, 茅根直樹, 小林喬郎, 藤井陽一: “レーザー工 学入門”, 電子情報通信学会 (1997)
(6)S. Shinohara, A. Mochizuki, H. Yoshida, M. Sumi: “Laser Doppler velocimeter using the self-mixing effect of a semiconductor laser diode”, Appl. Opt. 25 p. 1416 (1986)
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第 4 章 VCSEL 端子電圧の変動を利用
した距離測定の精度
ターゲットからの散乱光の一部がVCSELの活性層内に戻ると, VCSELの発振 波長や端子電圧が変化する. この端子電圧の僅かな変化を自己結合信号として LD 駆動用の三角波電圧波形から取り出せれば, 距離測定を行うことが可能であ る. これにより, PD を搭載していないVCSELでも距離測定ができる. しかしな がら, 端子電圧型自己結合レーザー距離センサの距離測定の精度に関する報告 はほとんどない.
本章では, 端子電圧型レーザー距離センサの測定精度に関して説明する. ま ず, センサ回路の基本構成と駆動電流の電流振幅値の選定について述べたのち,
実際に VCSEL の端子電圧の変動から MHP を検出して検証した距離測定精度,
特に理論値と測定値との誤差および測定値のばらつきについて報告する. 距離 に対するMHP周波数の測定結果, 戻り光量が少ない状態における測定精度の変 化および角度依存性について, 測定結果を示す.